物质结构与性质共价键

第二章 分子结构与性质,第一节 共价键,一百多种元素的原子通过什么作用形成数以千万计的物质?,化学键： 分子或晶体中相邻原子之间强烈的相互作用。 离子键： 阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。 共价键： 原子间通过共用电子对形成的化学键。,1、离子键 （1）成键微粒： （2）成键实质： （3）形成条件：,阴、阳离子,静电作用,活泼金属(A、A族)与活泼非金属(A、A族),X1.7,（4）表示方法 用电子式表示离子化合物,基础知识梳理,用电子式表示离子化合物的形成过程,基础知识梳理,2、共价键 （1）成键微粒： （2）成键实质： （3）形成条件：,中性原子,共用电子对,X1.7同种或不同种非金属 元素间,或不活泼金属与非金属元 素间,（4）分类,能用电子式表示H2、HCl、Cl2 分子的形成过程吗？,学与问,我们在第一章中学习了电子云和轨道理论，如何用电子云概念进一步理解H2、HCl、Cl2中的共价键呢？,电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。,1.共价键的形成,一、共价键,本质:密集于两核之间的电子云对两核产生了额外的引力。,价键理论的要点,1.电子配对原理,2.最大重叠原理,两原子各自占有自旋相反的成单的原子轨道相互靠近时，发生电子云重叠，两核之间电子云密度增大，能量减低。,两个原子轨道重叠部分越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。,(a). s-s 键,(1). 键： 原子轨道间以头碰头的方式重叠形成的共价键,2.共价键的类型,(b). s-p 键,电子云相互重叠,电子云相互重叠,(c)、p-p 键,类型,特点,s-s 键,s-p 键,p-p 键,例：H2,例：HCl,例：Cl2,可绕键轴旋转,重叠程度大，稳定性高,头碰头,轴对称,(2).键： 原子轨道间以肩并肩的方式重叠形成的共价键,电子云重叠,键的电子云,类型,特点,d-p 键,p-p 键,例：金属配合物,不能旋转,重叠程度较小，稳定性较差,肩并肩,镜面对称,例：CH2=CH2,沿键轴方向 头碰头,沿键轴方向平行 肩并肩,轴对称，可旋转,镜面对称，不可旋转,键强度大, 不易断裂，不活泼。,键强度较小, 容易断裂，活泼。,共价单键是键； 共价双键中一个是键,另一个是键； 共价三键中一个是键,另两个为键,较大,较小,归纳：键和键的比较,1、N2分子中三条键的成键方式分别是什么？,科学探究,1个p-p键和2个p-p键,N2中1个p-p键和2个p-p键的形成过程,科学探究,2、键的类型与成键原子电负性的关系：,科学探究,0.9 3.0,2.1,2.1 3.0,0.9,2.5 3.5,1.0,离子,共价,3、乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分别是由几个键和几个键组成。,乙烷： 个键,乙烯： 个键 个键,乙炔： 个键 个键,7,5,1,3,2,科学探究,4.请写出乙烯、乙炔与溴发生加成反应的反应方程式。并思考：在乙烯、乙炔和溴发生的加成反应中，乙烯、乙炔分子断裂什么类型的共价键？,科学探究,1、下列说法中正确的是 A、p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成键 B、p轨道之间以“头碰头”重叠可形成键 C、s和p轨道以“头碰头”重叠可形成键 D、共价键是两个原子轨道以“头碰头”重叠 形成的,C,课堂练习,2.下列物质分子中无键的是 A.N2 B.O2 C.Cl2 D.C2H4,C,课堂练习,7,3,3、,课堂练习,4.键的常见类型有(1)s-s,(2)s-p,(2)p-p,请指出下列分子键所属类型: A、HBr B、NH3 C、F2 D、H2,课堂练习,s-p,s-p,p-p,s-s,5、已知键可吸收紫外线，含键物质可做护肤品。请问下列物质中哪些是含有键的分子 （ ） A. CO B. CH4 C. CO2 D. C2H4,课堂练习,ACD,6. 下列说法正确的是 A. 含有共价键的化合物一定是共价化合物 B. 分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物 C. 由共价键形成的分子一定是共价化合物 D. 只有非金属原子间才能形成共价键 7. 氮分子中的化学键是 A. 3个键 B. 1个键，2个键 C. 个键 D. 1个键，1个键,B,B,课堂练习,8. 在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是 A. 氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道 B. 氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道 C. 氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道 D. 氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道,C,课堂练习,9.在氟气分子中，形成共价键的原子轨道是 ( ) A、氟原子的2p轨道和氟原子的1s轨道 B、氟原子的3p轨道和氟原子的1s轨道 C、氟原子的2p轨道和氟原子的2p轨道 D、氟原子的3p轨道和氟原子的3p轨道,C,课堂练习,10.关于乙醇分子的说法正确的是（ ） A.分子中共含有8个极性键 B.分子中不含非极性键 C.分子中只含键 D.分子中含有1个键,C,课堂练习,学与问,我们能用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成,为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3 分子的形成？,（1）、共价键具有饱和性： 一个原子形成的共价键的总数是有限的,按照价键理论的电子配对原理，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键，这就共价键的“饱和性”。,跟踪练习. 1 . 分别写出下列非金属元素的原子电子配对成键数目 H 、A 、A 、A 。,3、共价键的特征,H 原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2双原子分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3三原分子。,2 . 为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成？,共价键尽可能沿着电子云重叠最多的方向形成。 电子云都有一定的伸展方向，要实现最大重叠共价键必然具有一定的方向性。,小结： 共价键特征,方向性,饱和性,（2）.共价键的方向性,(原子形成分子时相互结合的数量关系),(决定分子的空间构型),二、键参数键能、键长和键角,1.键能： 气态基态原子形成1mol共价键释放的最低能量 或断裂1mol共价键形成气态原子所吸收的最低能量,说明 单位：kJmol-1 通常取正值 键能越大，化学键越牢固，形成的分子越稳定。,同种元素形成的共价键的键能： 单键 键键能,2.键长 ： 形成共价键的两个原子的核之间的距离。,说明： 键长的单位都是pm=10-12m 键长越短，键能越大，共价键越稳定 一般而言原子半径越大，键长越大,共价半径：,相同原子的共价键键长的一半称为共价半径。,同种元素间形成的共价键的键长： 单键双键叁键,3、键角,一个原子形成的不同共价键之间的夹角。,（1）常见分子的键角,( 2 )意义：键角决定了分子的空间构型 ( 3 )来源：共价键的方向性,CH4 CCl4 10928,NH3 10718,H2O 105,CO2 180,总结：,键能,键长,键角,衡量共价键的稳定性,描述分子的立体结构,思考与交流P32,1.试利用表2-1的数据进行计算，1molH2分别跟1molCl2、1molBr2（g）反应，分别生成2molHCl和2molHBr，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？ 形成2mo1HCl释放能量： 2431.8 kJ -(436.0kJ+242.7kJ)= 184.9 kJ 形成2mo1HBr释放能量： 2366kJ -(436.0kJ+193.7kJ)= 102.97kJ HCl释放能量比HBr释放能量多,因而生成的HCl更稳定,即HBr更容易发生热分解生成相应的单质.,键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼。,3、通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？,2、N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实?,键能大小是：F-HO-HN-H,1、下列说法正确的是（ ） A、分子中键能越大，键越长，则分子越稳定。 B、只有非金属原子之间才能形成共价键。 C、水分子可以表示为H-O-H，分子中键角180。 D、H-O键键能463 KJ/ mol ，故破坏18克水分子 中的H-O键时需要吸收的能量为2X463 KJ。,D,练习,2、能用键能大小解释的是 （ ） A、N 2的化学性质比O2稳定。 B、硝酸易挥发，硫酸难挥发。 C、惰性气体一般难发生化学反应。 D、通常情况下，Br2呈液态，I2呈固态。,A,练习,五、等电子原理,1、等电子原理： 原子总数相同，价电子总数相同的粒子，具有相似的化学键特征，因而具有相近的性质。,CO分子和N2分子的某些性质,3.等电子原理的应用 判断一些简单分子或离子的立体构型； 利用等电子体在性质上的相似性制造新材料； 利用等电子原理针对某物质找等电子体。,2.等电子体 原子总数相同，价电子总数相同的粒子互称,4. 常见的等电子体 二原子10电子：N2、CO、NO+、CN、C22 二原子11电子：NO、O2 三原子16电子：CO2、CS2、N2O、CNO、N3 三原子18电子：NO2、O3、SO2 四原子24电子：NO3、CO32、BF3、SO3(g),思考探究： 在N2、CO2、 CO 、N2O之间互为等电子体的是谁? 请预测：1、 N2O的几何构型? 2、 CO 中的共价键类型？,11919年，Langmuir提出等电子体的概念，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是( ) ASO2与O3 BCO2与NO2 CCS2与NO2 DPCl3与BF3,A,练习,2、 从实验测得不同物质中氧氧键之间的键长和键能数据如下表，其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为WZYX。该规律是,A.成键时电子数越多，键能越大 B键长越长，键能越小 C成键所用的电子数越少，键能越大 D成键时电子对越偏移，键能越大,B,3、(1)根据等电子原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：_和_；_和_。 (2)根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体的分子有：_。,答案： (1)N2 CO CO2 N2O,(2)SO2、O3,科学视野： 用质谱仪测定分子结构,现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的分子离子、碎片离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的结构。例如，图27的纵坐标是相对丰度(与粒子的浓度成正比)，横坐标是粒子的质量与电荷之比(me)，简称质荷比。化学家通过分析得知，me92的峰是甲苯分子的正离子(C6H5CH3)，me91的峰是丢失一个氢原子的的C6H5CH2 ，me65的峰是分子碎片因此，化学家便可推测被测物是甲苯。,质谱仪测定分子结构,例题: 2002年诺贝尔化学奖表彰的是在“看清”生物大分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约翰芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另一项是瑞士科学家库尔特维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。质子核磁共振（PMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在所有研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在PMR中都给出了相应的峰（信号），谱中峰的强度与结构中的等性H原子个成正比。例如乙醛的结构简式为CH3CHO，在PMR中有两个信号，其强度之比为3:1。,（1）结构式为 的有机物，在PMR谱上 观察峰给出的强度之比为 ； （2）某含氧有机物，它的相对分子质量为